1、冶金概论General Discussion of Metallurgy3.1高炉炼铁基本概念高炉炼铁 高炉炼铁 是为炼钢提供铁原料的主要方法高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 高炉原料铁矿石熔 剂其他含铁代用品 天然块矿 人造富矿 烧结矿 球团矿 碱性熔剂 石灰、石灰石、白云石 酸性熔剂 硅石 特殊熔剂 萤石 高炉、转炉炉尘 残铁 轧钢铁皮 硫酸渣高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 高炉燃料固体燃料气体燃料焦 炭煤 粉焦炉煤气高炉煤气用于高炉本体用于热风炉高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 高炉内型 是用耐火材料砌筑而成的，供高炉冶炼的内部空间的轮廓。炉喉 Throat炉
2、身 Shaft高炉本体炉腰 Belly炉腹 Bosh炉 缸 Hearth风口Tuyere铁口 Taphole渣口 Slag taphole高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 荷兰Corus Ijmuiden钢铁公司高炉发展高炉编号高炉编号大大 小小建成年份建成年份炉缸直径炉缸直径/m工作容积工作容积/m3初期产量初期产量(t/d)当前当前/最终产量最终产量(t/d)拆除年份拆除年份上一次大修上一次大修119245.651928010001974219265.651928010001974319305.959836011001991419588.514131380
3、35001997519619.014921700370019976196711.023283000700020027197213.837905000105001991高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 1 1、有效容积利用系数、有效容积利用系数(u u)定义：每立方米高炉有效容积每天生产的铁水量定义：每立方米高炉有效容积每天生产的铁水量t/(mt/(m3 3d)d)大型和超大型高炉大型和超大型高炉u=2.52.8 t/(m3d)2 2、焦比、焦比(K)(K)定义：高炉冶炼每吨生铁消耗的焦炭量定义：高炉冶炼每吨生铁消耗的焦炭量(kg/t(kg/t)我国焦比为我国焦比为250650kg/t3 3、煤比
4、、煤比(M)(M)定义：高炉冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量定义：高炉冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量(kg/t(kg/t)我国煤比为我国煤比为50250kg/t4 4、燃料比、燃料比(焦比煤比焦比煤比 )定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t(kg/t)我国燃料比为我国燃料比为450700kg/t高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 5 5、综合焦比、综合焦比(K(K)定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦 比比(kg/t(kg/t)煤粉置换比通常小于煤粉置换比通常小于1.0，
5、一般在，一般在0.750.90之间之间6 6、冶炼强度、冶炼强度(I)定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干干)焦炭量焦炭量t/(m3d)一般为一般为0.8 1.0 t/(mt/(m3 3d)d)7 7、综合冶炼强度、综合冶炼强度(I)定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的冶炼定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的冶炼强度强度t/(m3d)大型或超大型高炉达到大型或超大型高炉达到1.2 1.6 t/(mt/(m3 3d)d)高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁 高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比8 8、工序能耗、工序能耗 Ci=(Ci=
6、(燃料消耗燃料消耗+动力消耗动力消耗-回收二次能源回收二次能源)/)/产品产量产品产量(吨标准煤吨标准煤/t)1kg标准煤的发热量为标准煤的发热量为7000千卡千卡(29310kJ)2009年15月全国重点钢铁企业高炉为518kg/t，为1158，为413.30kg标准煤/t，为374kg/t，为144kg/t。高炉炼铁基本概念3.1例题：例题：某高炉容积某高炉容积2000m2000m3 3，年产，年产150150万吨炼钢生铁，万吨炼钢生铁，消耗消耗6060万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg150kg，置换比为，置换比为0.90.9，计算高炉，计算高炉有效容积利用系
7、数有效容积利用系数、焦比焦比、燃料比燃料比、综合综合焦比焦比及及冶炼强度冶炼强度各为多少？各为多少？答案：答案：利用系数利用系数：2.05t/m2.05t/m3 3d d 焦焦 比比：400kg/tFe400kg/tFe 燃料比燃料比：550kg/tFe550kg/tFe 综合焦比综合焦比：535kg/tFe535kg/tFe 冶炼强度冶炼强度：0.822t/m0.822t/m3 3d d高炉炼铁 高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 3.2.1 高炉本体(Blast Furnace Body)钢结构 炉衬 冷却设备 送风装置 检测仪器设备高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 由四根支柱和多层横向拉杆组成
8、。上至炉顶平台，下接高炉基础，与高炉中心成对称布置。钢结构：包括炉体支承结构和炉壳高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 炉衬：由耐火砖砌筑而成 炉衬寿命将随着冶炼条件而变，但最薄弱的环节应在炉底（含炉缸）和炉身。高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 冷却设备：，提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服役状态。光面冷却壁镶砖冷却壁用于冷却炉缸和炉底炭砖用于冷却炉腹、炉腰和炉身各部位的炉衬高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 纯铜制造，安装时水平插入炉衬砖层中，对炉衬具有一定的支托作用。纯铜制造，由大套、中套和小套组成。鼓风进
9、入炉缸的入口动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 送风装置热风围管Bustle Pipe送风支管Blast Pipe热风围管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管。高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 3.2.2 炉顶装料设备(Charging Equipment)双钟炉顶(Double Bell Charging)打开小料钟，炉料落入大料斗内。开大钟均压阀，使大料钟上下压力一致。打开大料钟，将炉料布入炉内。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 无钟炉顶(Bell-less Top Charging)采用可任意改变倾角的旋转溜槽完成布料任务。可实现单环、多环、螺旋、定点
10、、扇形布料方式。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 3.2.3 热风炉(Hot Stove)任务：向高炉连续不断地输送温度高达11001300的热风。按结构形式分类内燃式Internal combustion type顶燃式Top combustion type外燃式External combustion type高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 蓄热式热风炉的构成(以外燃式为例)燃烧室蓄热室烘 顶储存煤气燃烧产生的大量热量煤气燃烧产生热量的空间高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 工作过程：燃烧期 换炉 送风期 34座热风炉交替进行燃烧和送风作业，向高炉连续不断地输送高温鼓风。动画视频高炉炼铁工
11、艺设备3.2高炉炼铁 3.2.4 煤气系统(BFG System)煤气引导管道 除尘设备 余压发电 顶压调节高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 粗除尘粗除尘 重力除尘器在高炉煤气除尘系统中用的最普遍。重力除尘器可以除去粒径大于30m的大颗粒灰尘，除尘率可达80%，出口的煤气含尘量为210g/m3。重力除尘器动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 精除尘精除尘(湿法湿法)文氏管l 收缩管l 喉 口l 扩张管 文氏管除尘器除去粉尘的同时，也使煤气流得到冷却。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 精除尘精除尘(干法干法)布袋除尘l 布袋房l 集尘仓l 进出气孔l 反清仓管道动画视频高炉炼铁工艺设备3.
12、2高炉炼铁 3.2.5 渣铁处理(Treatment of Slag and Iron)由高炉炉缸排出的渣铁经出铁场的主沟上的渣铁分离器分开，铁水经摆动流咀装入鱼雷罐车运到炼钢厂炼钢。炉渣则进一步处理变成水渣或干渣。大型高炉每天出铁12次以上高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 渣铁分离器渣铁分离器 保证渣铁分离的装置。其所以能够将炉渣在大闸前从侧面的渣沟排出，是由于渣沟底面高于大闸后的小坝。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 因巴因巴(INBA)设备设备 投资费用大，但技术上最为成熟，实际应用的高炉较多。水渣处理动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁 练习：练习：请将图中高炉的不同部分放在正确
13、的位置高炉冶炼原理3.3高炉炼铁 炼铁生产流程 炉顶装料 风口鼓风 炉内熔炼 定期排渣铁 煤气溢出高炉冶炼原理3.3高炉炼铁 块状带：t1100-1200，矿石和焦炭呈有规律的分层分布软融带：t在1200-1400，由熔融的矿石层和固态的焦炭层组成滴落带：液态渣铁不断向下滴落，焦炭起支撑料柱的作用风口回旋区：焦炭燃烧，产生空间使炉料下降死料柱：填充在炉缸内的焦炭，更新缓慢高炉内部炉料分布高炉冶炼原理3.3高炉炼铁 高炉铁氧化物的还原反应目的：从铁氧化物中还原出金属铁，是高炉冶炼最基本的化学反应。还原剂：固体还原剂焦炭 气体还原剂CO和H2还原顺序：Fe2O3Fe3O4 FeO Fe Fe2O3Fe3O4 Fe FeXOFe3O4-Fe用CO、H2作还原剂的还原反应(间接还原)高炉炼铁 Fe-O-C和和Fe-O-H体系中平衡气相组成体系中平衡气相组成高炉炼铁 高炉炼铁 用固体碳还原氧化铁(直接还原)高炉炼铁 用固体碳直接还原铁氧化物的衡状态图解用固体碳直接还原铁氧化物的衡状态图解直接还原与间接还原区域分界线高炉炼铁 间 接剧烈熔损温度直 接开始熔损温度间接+直接n 1000区域(上部)只有间接还原n 1000区域(中部)直接还原开始n 熔损及水煤气反应剧烈进行的区域(下部)间接还原消失 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe间接间接间+直
